Оптические свойства и электронная структура эпитаксиальных пленок дисилицидов Cr и Fe на Si(111)

• Автор: Маслов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 145 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава I. Оптические свойства и электронная структура

полупроводниковых дисилпцидов переходных металлов

1.1. Эпитаксиальные соотношения и структура пленок CrSi2 и (3-FeSi2 на

Si(lll)

1.2. Электронная структура монокристаллов дисилицидов Сг и Fe

1.3. Оптические свойства полупроводниковых дисилицидов Сг и Fe

1.4. Моделирование диэлектрической функции полупроводниковых

материалов
1.5. Выводы
Глава 2. Методы исследования, аппаратура и методики
2.1. Методы исследования
2.1.1. Электронная оже-спектроскопия
2.1.2. Спектроскопия ХПЭЭ
2.1.3. Оптическая спектроскопия на просвет и отражение
2.1.4. Дифференциальная отражательная спектроскопия
2.1.5. Сканирующая зондовая микроскопия
2.2. Экспериментальная аппаратура
2.2.1. Сверхвысоковакуумная установка VARIAN
2.2.2. Оптические спектрофотометры SPECORD 71 IR и SPECORD UV-V1S
2.2.3. In situ оптический отражательный рефлектометр
2.2.4. Вакуумная приставка для регистрации спектров пропускания и
отражения в диапазоне температур 130-550 К
2.3 Методы роста пленок, расчетов и моделирования оптических функций.
2.3.1 Подготовка образцов и источников и схемы ростовых экспериментов
2.3.2 Режимы измерений, контроль чистоты поверхности образцов и
методики расчета данных ЭОС и ХПЭЭ
2.3.3 Расчет оптических функций тонких пленок в рамках двухслойной
модели
2.3.4 Расчет оптических функций тонких пленок из соотношений Крамерса-
Кронига

Глава 3. Оптические свойства и электронная структура
эпитаксиальных пленок CrSi2 на Si(lll)
3.1. Первые межзонные переходы в эпитаксиальных пленках CrSi2(0001) на
Si(lll)
3.2. Влияние температуры на оптические функции кремния и
эпитаксиальных пленок CrSi2(0001) на Si(l 11)
3.3. Оптические функции эпитаксиальных пленок CrSi2 в области энергий
0.35-6.2 эВ
3.4. Моделирование диэлектрической функции и электронная структура
эпитаксиальных пленок дисилицида хрома
3.5. Формирование и оптические свойства материалов с захороненными
островками CrSi2(0001) на Si(lll).
3.6. Выводы.
Глава 4. Оптические свойства и электронная структура
эпитаксиальных пленок p-FeSi2 на Si(lll)
4.1. Первые межзонные переходы в тонких эпитаксиальных пленках P-FeSi2
4.2. Оптические функции тонких эпитаксиальных пленок P~FeSi2
4.3. Моделирование диэлектрической функции и электронная структура
эпитаксиальных пленок P-FeSi2
4.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Развитие кремниевой планарной технологии сопровождается с одной стороны уменьшением толщины и размеров активных и пассивных элементов интегральных схем, а с другой стороны - расширением базы полупроводниковых, металлических и диэлектрических материалов, совместимых с кремниевой технологией. Особое место среди таких материалов занимают кремнийсодержащие соединения - силициды металлов, которые могут обладать металлическими [1-6] и полупроводниковыми [8] свойствами. Полупроводниковые силициды металлов с малой шириной запрещенной зоны (0.35-0.87 эВ) представляют значительный интерес, поскольку могут быть выращены эпитаксиально на кремнии [9-26], а выращенные гетероструктуры - могут обладать новыми, оптическими, электрическими и фотоэлектрическими свойствами[14,18,26-561. Так как кремний является основным материалом современной полупроводниковой электроники, то исследования роста, оптических свойств и параметров зонной энергетической структуры новых кремнийсодержащих полупроводниковых материалов в виде тонких, и островковых пленок с нанометровыми размерами островков полупроводниковых силицидов на монокристаллическом кремнии является актуальным.
Толстые пленки (200-800 нм) дисилицидов хрома (СМйг) и железа (|3-Ре812) в последние годы стали объектом интенсивных исследований [8,9-56], что привело к накоплению информации о процессах формирования и структуре толстых пленок, их электрических и оптических свойствах. Несомненный интерес с фундаментальной и практической точек зрения представляют тонкие (20-100 нм) сплошные пленки полупроводниковых силицидов хрома и железа, выращенные эпитаксиально на монокристаллическом кремнии в сверхвысоковакуумных условиях [10-14,16,17,19,21-25], поскольку в них могут наблюдаться напряженные (псевдоморфные) или релаксированные (сетки дислокаций) слои. Электронная структура и свойства напряженных и релаксированных пленок могут сильно отличаться от электронной структуры и свойств объемных образцов. Однако оптимальные условия роста, а также электрические и оптические свойства тонких эпитаксиальных пленок силицидов хрома и железа подробно не исследовались.
При уменьшении толщины осаждаемого металла до долей и единиц монослоев на поверхности кремния образуются островки полупроводниковых силицидов нанометровых размеров [99-101], в которых могут проявляться квантовые эффекты (нульмерные объекты). Переход от тонких сплошных эпитаксиальных пленок к островковым

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, АППАРАТУРА И МЕТОДИКИ
2.1. Методы исследования
Для исследования процессов формирования, атомной и электронной структуры, и оптических свойств, тонких пленок дисилицидов хрома и железа на кремнии, а также нуль мерньгх (островковых) пленок их силицидов на кремнии в условиях сверхвысокого вакуума были методы электронной оже-спсктроскопии (ЭОС), спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (ХПЭЭ) и дифференциальной отражательной спектроскопии (ДОС). После роста образцов и их выгрузки из сверхвысоковакуумной камеры структура, морфология и оптические свойства выращенных пленок и гетероструктур исследовались методами атомной силовой микроскопии (ACM) и оптической спектроскопии на просвет и отражение. Выбор этих методов определялся необходимостью получения в исследованиях взаимодополняющей информации о выращенных пленках и наноструктурах.
2.1.1. Электронная оже-спектроскопия
Метод электронной оже-спектроскопии (ЭОС) является методом анализа химического состава поверхности твердого тела [96-102]. В его основе лежат процессы ионизации внутренних атомных уровней первичным электронным пучком, безызлучательный оже-переход и выход оже-электрона в вакуум, где он регистрируется с помощью электронного спектрометра. Оже-переход возникает при возбуждении внутреннего уровня, в результате заполнения образовавшейся вакансии одним из электронов с вышележащих уровней. Высвобожденная при этом энергия может быть передана другому электрону с любого уровня, который имеет вероятность выйти в вакуум. В зависимости от уровней, участвующих в процессе, возможен целый ряд оже-переходов: KLL, КММ, LMM, LVV и т.д. Энергия оже-электронов определяется только схемой энергетических уровней данного атома и не зависит от энергии падающего пучка [17, 18]:
Ewxr = Ew (Z) - Ел, (Z) - Er (Z) + А - у?0 (2.1)
где фо - работа выхода анализирующего электрода спектрометра; Z - атомный номер анализируемого элемента; W.X.Y - уровни, участвующие в оже-переходе: А - член, зависящий от локального химического окружения атома в твердом теле и от его конечного состояния.